JPH10263352A - 圧力変動用吸着塔および吸着分離装置ならびに圧力変動吸着分離方法 - Google Patents
圧力変動用吸着塔および吸着分離装置ならびに圧力変動吸着分離方法Info
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- JPH10263352A JPH10263352A JP9068418A JP6841897A JPH10263352A JP H10263352 A JPH10263352 A JP H10263352A JP 9068418 A JP9068418 A JP 9068418A JP 6841897 A JP6841897 A JP 6841897A JP H10263352 A JPH10263352 A JP H10263352A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 特別の設備および膨大なエネルギーを必要と
することなく、従来と同様の装置構造により、熱効果を
向上させ、目的成分を効率よく分離回収することができ
る圧力変動用吸着塔を提供すること。 【解決手段】 吸着剤充填層２を設けた吸着塔１を用
い、吸着工程、ブローダウン工程、均圧工程、パージ工
程、脱着工程および昇圧工程を適宜組み合わせて混合ガ
ス中の目的成分を分離回収する吸着分離装置の圧力変動
用吸着塔において、吸着塔１内に設けられた吸着剤充填
層２の両端の空間部に不活性の充填物を充填して充填層
５を形成する。
することなく、従来と同様の装置構造により、熱効果を
向上させ、目的成分を効率よく分離回収することができ
る圧力変動用吸着塔を提供すること。 【解決手段】 吸着剤充填層２を設けた吸着塔１を用
い、吸着工程、ブローダウン工程、均圧工程、パージ工
程、脱着工程および昇圧工程を適宜組み合わせて混合ガ
ス中の目的成分を分離回収する吸着分離装置の圧力変動
用吸着塔において、吸着塔１内に設けられた吸着剤充填
層２の両端の空間部に不活性の充填物を充填して充填層
５を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力変動用吸着塔
および吸着分離装置ならびに圧力変動吸着分離方法に係
り、特に、混合ガスから目的となるガス成分を回収し、
濃縮、精製等するためのガス分離に使用される圧力変動
（スイング）用吸着塔および吸着分離装置ならびに圧力
変動吸着分離方法に関する。
および吸着分離装置ならびに圧力変動吸着分離方法に係
り、特に、混合ガスから目的となるガス成分を回収し、
濃縮、精製等するためのガス分離に使用される圧力変動
（スイング）用吸着塔および吸着分離装置ならびに圧力
変動吸着分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧力変動吸着分離（ＰＳＡ）方法におけ
るガス成分の分離性能は、ガス温度および吸着層温度の
影響を受ける。すなわち、吸着剤に対する成分ガスの吸
着量は、その温度と圧力に依存する。ＰＳＡ操作は、高
圧での吸着工程、低圧での再生工程が行われるために、
両工程における成分ガスの吸着量の差が大きいほど有利
となる。この吸着量の差は有効吸着量と呼ばれ、吸着剤
の種類、ガス成分、温度、吸着圧力、再生圧力等によっ
て変化する値ではあるが、いずれにしても、吸着剤の吸
着能力、換言すればＰＳＡ装置の処理能力を最大限に引
き出すための最適温度が存在する。
るガス成分の分離性能は、ガス温度および吸着層温度の
影響を受ける。すなわち、吸着剤に対する成分ガスの吸
着量は、その温度と圧力に依存する。ＰＳＡ操作は、高
圧での吸着工程、低圧での再生工程が行われるために、
両工程における成分ガスの吸着量の差が大きいほど有利
となる。この吸着量の差は有効吸着量と呼ばれ、吸着剤
の種類、ガス成分、温度、吸着圧力、再生圧力等によっ
て変化する値ではあるが、いずれにしても、吸着剤の吸
着能力、換言すればＰＳＡ装置の処理能力を最大限に引
き出すための最適温度が存在する。
【０００３】図２に、吸着剤に対するフィードガス温度
と有効吸着量との関係を示す。図２において、有効吸着
量はフィードガス温度の上昇とともに増大し、所定温度
で最大値を示したのち次第に減少している。また図３
は、ゼオライトに対する一酸化炭素（ＣＯ）と窒素（Ｎ
2 ）および活性炭に対するメタン（ＣＨ4 ）の有効吸着
量とフィードガス温度との相関関係を示したものであ
る。なお、このときＰＳＡの操作条件は、吸着圧力：
１．５ａｔａ、脱着圧力０．１３ａｔａ、フィードガス
中の目的成分ガス（ＣＯ、Ｎ2 またはＣＨ4 ）濃度：５
０ｖｏｌ％であり、製品ガス中の目的成分ガス濃度は９
９．９ｖｏｌ％である。
と有効吸着量との関係を示す。図２において、有効吸着
量はフィードガス温度の上昇とともに増大し、所定温度
で最大値を示したのち次第に減少している。また図３
は、ゼオライトに対する一酸化炭素（ＣＯ）と窒素（Ｎ
2 ）および活性炭に対するメタン（ＣＨ4 ）の有効吸着
量とフィードガス温度との相関関係を示したものであ
る。なお、このときＰＳＡの操作条件は、吸着圧力：
１．５ａｔａ、脱着圧力０．１３ａｔａ、フィードガス
中の目的成分ガス（ＣＯ、Ｎ2 またはＣＨ4 ）濃度：５
０ｖｏｌ％であり、製品ガス中の目的成分ガス濃度は９
９．９ｖｏｌ％である。
【０００４】図３において、有効吸着量（ＰＳＡの処理
能力）が最大となるフィードガス温度は、ゼオライト／
ＣＯで２３℃、ゼオライト／Ｎ2 で−２８℃、活性炭／
ＣＨ 4 で−１９℃であり、いずれも有効吸着量が最大と
なる最適温度が存在する。ところで、例えばＨ2 −ＰＳ
Ａの吸着剤充填層の再生工程のように、パージガスを流
しながら、吸着した不純物を排除する場合には、温かい
パージガスを用いるのが効果的である。これは、高温ガ
スの方が吸着能力が低下するためである。また、一般に
パージガス使用量は少ない方がよく、そのためには、吸
着塔内のデッドボュームを小さくすることも有効であ
る。
能力）が最大となるフィードガス温度は、ゼオライト／
ＣＯで２３℃、ゼオライト／Ｎ2 で−２８℃、活性炭／
ＣＨ 4 で−１９℃であり、いずれも有効吸着量が最大と
なる最適温度が存在する。ところで、例えばＨ2 −ＰＳ
Ａの吸着剤充填層の再生工程のように、パージガスを流
しながら、吸着した不純物を排除する場合には、温かい
パージガスを用いるのが効果的である。これは、高温ガ
スの方が吸着能力が低下するためである。また、一般に
パージガス使用量は少ない方がよく、そのためには、吸
着塔内のデッドボュームを小さくすることも有効であ
る。
【０００５】このような考え方に沿った従来技術とし
て、例えば特開昭５６−１６３７１７号公報および特公
平６−２０５０４号公報等があげられる。前者は、酸
素、窒素２成分混合ガスから酸素を分離する方法に関す
るものであり、フィードガス温度を、例えば−３０℃程
度まで冷却し、その温度における酸素と窒素との吸着速
度の差を利用して両者を分離するものである。一方、後
者は、吸着剤充填層内に、吸着層出口ガス流路となるガ
ス配管を設置して吸着層出口ガスが顕熱として持ち出す
熱量を回収して吸着剤充填層を加熱するものである。
て、例えば特開昭５６−１６３７１７号公報および特公
平６−２０５０４号公報等があげられる。前者は、酸
素、窒素２成分混合ガスから酸素を分離する方法に関す
るものであり、フィードガス温度を、例えば−３０℃程
度まで冷却し、その温度における酸素と窒素との吸着速
度の差を利用して両者を分離するものである。一方、後
者は、吸着剤充填層内に、吸着層出口ガス流路となるガ
ス配管を設置して吸着層出口ガスが顕熱として持ち出す
熱量を回収して吸着剤充填層を加熱するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記フ
ィードガス温度を冷却する方法には、膨大なエネルギー
が必要となるうえ、そのための特別の設備が必要となる
など多くの問題があり、また、吸着剤充填層内に、吸着
層出口ガス流路となるガス配管を設置する方法には、装
置構造が複雑となるうえ、吸着剤を充填するのが非常に
困難になるという問題があった。
ィードガス温度を冷却する方法には、膨大なエネルギー
が必要となるうえ、そのための特別の設備が必要となる
など多くの問題があり、また、吸着剤充填層内に、吸着
層出口ガス流路となるガス配管を設置する方法には、装
置構造が複雑となるうえ、吸着剤を充填するのが非常に
困難になるという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上記従
来技術の問題点を解決し、特別の設備および膨大なエネ
ルギーを必要とすることなく、従来と同様の装置構造に
より、熱効果を向上させ、目的成分を効率よく分離回収
することができる圧力変動用吸着塔および吸着分離装置
並びに圧力変動吸着分離方法を提供することにある。
来技術の問題点を解決し、特別の設備および膨大なエネ
ルギーを必要とすることなく、従来と同様の装置構造に
より、熱効果を向上させ、目的成分を効率よく分離回収
することができる圧力変動用吸着塔および吸着分離装置
並びに圧力変動吸着分離方法を提供することにある。
【０００８】上記目的を達成するため、本願で特許請求
する発明は以下のとおりである。 （１）吸着剤充填層を設けた吸着塔を用い、吸着工程、
ブローダウン工程、均圧工程、パージ工程、脱着工程お
よび昇圧工程を適宜組み合わせて混合ガス中の目的成分
を分離回収する吸着分離装置の圧力変動用吸着塔におい
て、前記吸着塔内に設けられた吸着剤充填層の両端の空
間部に不活性の充填物を充填したことを特徴とする圧力
変動用吸着塔。 （２）前記不活性の充填物が、難ガス吸着性充填物であ
ることを特徴とする上記（１）記載の圧力変動用吸着
塔。 （３）前記不活性の充填物が、球状または円柱状の、磁
製または金属製の充填物であることを特徴とする上記
（１）または（２）記載の圧力変動用吸着塔。
する発明は以下のとおりである。 （１）吸着剤充填層を設けた吸着塔を用い、吸着工程、
ブローダウン工程、均圧工程、パージ工程、脱着工程お
よび昇圧工程を適宜組み合わせて混合ガス中の目的成分
を分離回収する吸着分離装置の圧力変動用吸着塔におい
て、前記吸着塔内に設けられた吸着剤充填層の両端の空
間部に不活性の充填物を充填したことを特徴とする圧力
変動用吸着塔。 （２）前記不活性の充填物が、難ガス吸着性充填物であ
ることを特徴とする上記（１）記載の圧力変動用吸着
塔。 （３）前記不活性の充填物が、球状または円柱状の、磁
製または金属製の充填物であることを特徴とする上記
（１）または（２）記載の圧力変動用吸着塔。
【０００９】（４）同一容量の吸着剤を充填した吸着塔
を複数組み合わせ、吸着工程、ブローダウン工程、均圧
工程、パージ工程、脱着工程および昇圧工程を適宜組み
合わせて混合ガス中の目的成分を分離回収する圧力変動
吸着分離装置において、前記吸着塔が、上記（１）〜
（３）の何れか記載の吸着塔であることを特徴とする圧
力変動吸着分離装置。 （５）同一容量の吸着剤を充填した複数の吸着塔を用い
て吸着工程、ブローダウン工程、均圧工程、パージ工
程、脱着工程および昇圧工程を適宜組み合わせ、混合ガ
ス中の目的成分を分離回収する圧力変動吸着分離方法に
おいて、前記吸着塔として上記（１）〜（３）の何れか
記載の吸着塔を用い、前記脱着工程において吸着剤充填
層から排出される脱着ガスにより冷却された不活性の充
填物によって吸着工程におけるフィードガスを冷却する
とともに、吸着工程において吸着剤充填層から流出する
吸着後ガスにより加熱された不活性の充填物によって昇
圧工程における昇圧ガスを加熱することを特徴とする圧
力変動吸着分離方法。
を複数組み合わせ、吸着工程、ブローダウン工程、均圧
工程、パージ工程、脱着工程および昇圧工程を適宜組み
合わせて混合ガス中の目的成分を分離回収する圧力変動
吸着分離装置において、前記吸着塔が、上記（１）〜
（３）の何れか記載の吸着塔であることを特徴とする圧
力変動吸着分離装置。 （５）同一容量の吸着剤を充填した複数の吸着塔を用い
て吸着工程、ブローダウン工程、均圧工程、パージ工
程、脱着工程および昇圧工程を適宜組み合わせ、混合ガ
ス中の目的成分を分離回収する圧力変動吸着分離方法に
おいて、前記吸着塔として上記（１）〜（３）の何れか
記載の吸着塔を用い、前記脱着工程において吸着剤充填
層から排出される脱着ガスにより冷却された不活性の充
填物によって吸着工程におけるフィードガスを冷却する
とともに、吸着工程において吸着剤充填層から流出する
吸着後ガスにより加熱された不活性の充填物によって昇
圧工程における昇圧ガスを加熱することを特徴とする圧
力変動吸着分離方法。
【００１０】本発明において、圧力変動吸着分離装置に
用いる吸着塔の吸着剤充填層の両端部のスペースに不活
性充填物を充填したことにより、熱交換作用により、Ｐ
ＳＡ法における熱効果が向上する。すなわち、ＰＳＡ法
では、吸着工程と再生工程が交互に行われ、吸着工程で
は、ガスの吸着により層内の温度が上昇し、その結果と
して温かいガスが出口端から流出する。一方、再生工程
では、ガスの脱着に伴い周囲の熱が奪われて層内の温度
が低下し、流出ガスの温度も低くなる。そして、通常再
生工程のガス流れ方向は吸着工程とは逆方向であるた
め、フィードガス入口端から低温ガスが流出することに
なる。このような温度変化がある吸着剤充填層の両端に
不活性（イナート）充填物を充填することにより、フィ
ードガス入口端の充填物が再生工程で流出する冷たいガ
スによって冷却され、次の吸着工程で流入するフィード
ガスと接触して熱交換によりフィードガスの温度を低下
させる。一方、フィードガス出口端の充填物は吸着工程
で流出する温かいオフガスにより温められ、次の再生工
程において塔外から流入する再生ガスと接触して熱交換
により該再生ガスを温める。このようにしてフィードガ
ス温度が低減することにより、目的成分ガスの有効吸着
量が増大し、分離性能が向上する。また、再生（昇圧）
ガスが加熱されることにより、昇圧効果が向上する。
用いる吸着塔の吸着剤充填層の両端部のスペースに不活
性充填物を充填したことにより、熱交換作用により、Ｐ
ＳＡ法における熱効果が向上する。すなわち、ＰＳＡ法
では、吸着工程と再生工程が交互に行われ、吸着工程で
は、ガスの吸着により層内の温度が上昇し、その結果と
して温かいガスが出口端から流出する。一方、再生工程
では、ガスの脱着に伴い周囲の熱が奪われて層内の温度
が低下し、流出ガスの温度も低くなる。そして、通常再
生工程のガス流れ方向は吸着工程とは逆方向であるた
め、フィードガス入口端から低温ガスが流出することに
なる。このような温度変化がある吸着剤充填層の両端に
不活性（イナート）充填物を充填することにより、フィ
ードガス入口端の充填物が再生工程で流出する冷たいガ
スによって冷却され、次の吸着工程で流入するフィード
ガスと接触して熱交換によりフィードガスの温度を低下
させる。一方、フィードガス出口端の充填物は吸着工程
で流出する温かいオフガスにより温められ、次の再生工
程において塔外から流入する再生ガスと接触して熱交換
により該再生ガスを温める。このようにしてフィードガ
ス温度が低減することにより、目的成分ガスの有効吸着
量が増大し、分離性能が向上する。また、再生（昇圧）
ガスが加熱されることにより、昇圧効果が向上する。
【００１１】本発明においては、従来デッドスペースで
あった吸着塔内の吸着剤充填層の両側のスペースに不活
性充填物を充填したことにより、吸着塔内の空間容積が
減少するので、塔内をパージする際の所要ガス量が低減
し、少ないパージガス量により、例えば、再生目的のＨ
2 −ＰＳＡにおけるパージ工程や、高純度化目的のＣＯ
−ＰＳＡのパージ工程におけるパージ効率が向上する。
あった吸着塔内の吸着剤充填層の両側のスペースに不活
性充填物を充填したことにより、吸着塔内の空間容積が
減少するので、塔内をパージする際の所要ガス量が低減
し、少ないパージガス量により、例えば、再生目的のＨ
2 −ＰＳＡにおけるパージ工程や、高純度化目的のＣＯ
−ＰＳＡのパージ工程におけるパージ効率が向上する。
【００１２】本発明において、不活性の充填物（以下、
イナート充填物、または単にイナート物ともいう）と
は、ガス−固体間で熱交換作用を有し、塔内の空間率を
低減させるものであり、難ガス吸着性充填物であること
が好ましい。従って、細孔をほとんど有しない、磁性ま
たは金属性の球状または円柱状のものであることが好ま
しい。不活性充填物の大きさは、球状の場合、例えば直
径が２〜５０ｍｍ、円柱状の場合、例えば直径２〜５０
ｍｍ、高さ２〜５０ｍｍである。
イナート充填物、または単にイナート物ともいう）と
は、ガス−固体間で熱交換作用を有し、塔内の空間率を
低減させるものであり、難ガス吸着性充填物であること
が好ましい。従って、細孔をほとんど有しない、磁性ま
たは金属性の球状または円柱状のものであることが好ま
しい。不活性充填物の大きさは、球状の場合、例えば直
径が２〜５０ｍｍ、円柱状の場合、例えば直径２〜５０
ｍｍ、高さ２〜５０ｍｍである。
【００１３】本発明において、不活性充填物は、細密に
充填されることが好ましい。これによって塔内の空間率
を最少にし、かつ吸着剤充填層を出入りするガスと前記
不活性充填物との接触効率を向上させることができる。
充填されることが好ましい。これによって塔内の空間率
を最少にし、かつ吸着剤充填層を出入りするガスと前記
不活性充填物との接触効率を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の圧力変動用吸着
塔を示す説明図である。この吸着塔は、竪型のもので、
吸着塔本体１と、該吸着塔本体１に設けられた吸着剤充
填層２と、該吸着剤充填層２の上部空間部および下部空
間部にそれぞれメッシュ３およびグリッド＋メッシュ４
を介してそれぞれ充填されたイナート物の充填層５、５
と、前記上部空間部および下部空間部にそれぞれ連結さ
れたガス配管６、６とから主として構成されている。
塔を示す説明図である。この吸着塔は、竪型のもので、
吸着塔本体１と、該吸着塔本体１に設けられた吸着剤充
填層２と、該吸着剤充填層２の上部空間部および下部空
間部にそれぞれメッシュ３およびグリッド＋メッシュ４
を介してそれぞれ充填されたイナート物の充填層５、５
と、前記上部空間部および下部空間部にそれぞれ連結さ
れたガス配管６、６とから主として構成されている。
【００１５】このような構成の吸着塔を用いたＰＳＡの
一例として、前記吸着塔を、例えば４個連結して４塔式
ＰＳＡ装置を構成し、各吸着塔において、吸着工程、パ
ージ工程、脱着工程および昇圧工程の４工程を同時に、
かつ同一時間内に順次行う圧力変動吸着分離操作（ＣＯ
−ＰＳＡ）について説明する。各工程における操作は以
下のとおりである。 （１）昇圧工程：脱着工程が終了した吸着塔に塔上部か
ら下部に向かって吸着後ガスを導入して昇圧する。この
とき、吸着塔外部へのガスの排出はない。 （２）吸着工程：昇圧工程が終了した吸着塔に塔下部か
ら上部に向かって原料ガスを導入して目的成分を吸着さ
せる。このとき吸着後ガスは、例えば付設のタンクに貯
留される。 （３）パージ工程：吸着工程が終了した吸着塔に塔下部
から上部に向かって製品ガスを導入して塔内の不純ガス
（難吸着性ガス成分）をパージする。 （４）脱着工程：パージ工程が終了した吸着塔の塔下部
から吸引ポンプで吸引し、目的成分を脱着して回収す
る。このとき、吸着塔外部からのガスの供給はない。
一例として、前記吸着塔を、例えば４個連結して４塔式
ＰＳＡ装置を構成し、各吸着塔において、吸着工程、パ
ージ工程、脱着工程および昇圧工程の４工程を同時に、
かつ同一時間内に順次行う圧力変動吸着分離操作（ＣＯ
−ＰＳＡ）について説明する。各工程における操作は以
下のとおりである。 （１）昇圧工程：脱着工程が終了した吸着塔に塔上部か
ら下部に向かって吸着後ガスを導入して昇圧する。この
とき、吸着塔外部へのガスの排出はない。 （２）吸着工程：昇圧工程が終了した吸着塔に塔下部か
ら上部に向かって原料ガスを導入して目的成分を吸着さ
せる。このとき吸着後ガスは、例えば付設のタンクに貯
留される。 （３）パージ工程：吸着工程が終了した吸着塔に塔下部
から上部に向かって製品ガスを導入して塔内の不純ガス
（難吸着性ガス成分）をパージする。 （４）脱着工程：パージ工程が終了した吸着塔の塔下部
から吸引ポンプで吸引し、目的成分を脱着して回収す
る。このとき、吸着塔外部からのガスの供給はない。
【００１６】次に、本発明の具体的実施例を説明する。 実施例１ 吸着剤充填層２の両端のデッドスペース（各３リット
ル）に、イナート充填物として直径１０ｍｍφの磁性ボ
ールを最密に充填した図１の吸着塔を４個並列に連結し
た４塔式ＣＯ−ＰＳＡ装置を構成し、吸着剤としてゼオ
ライトを用い、吸着剤充填層容積：１４０リットル／
塔、フィードガス圧力：１．７６ａｔａ（吸着圧力：
１．７６ａｔａ、脱着工程の最終圧力：０．１３ａｔ
ａ）、フィードガス温度：４０℃、１工程の時間：１８
０ｓｅｃ（４工程で７２０ｓｅｃ）として、前記吸着工
程、パージ工程、脱着工程および昇圧工程を順次繰り返
す圧力変動吸着分離法によって、水素（Ｈ2 ）と一酸化
炭素（ＣＯ）の混合ガス（Ｈ2 ：３０ｖｏｌ％、ＣＯ：
７０ｖｏｌ％）からＣＯを分離したところ、フィードガ
ス量：２０．８５Ｎｍ3 ／ｈｒに対して１４．１２Ｎｍ
3 ／ｈｒで製品ＣＯ（純度９９．９％）が得られた。こ
のとき、純度９９．９％のＣＯを得るために必要なパー
ジガス量（製品ガスの一部をリサイクルする）は１３．
３４Ｎｍ3 ／ｈｒであった。
ル）に、イナート充填物として直径１０ｍｍφの磁性ボ
ールを最密に充填した図１の吸着塔を４個並列に連結し
た４塔式ＣＯ−ＰＳＡ装置を構成し、吸着剤としてゼオ
ライトを用い、吸着剤充填層容積：１４０リットル／
塔、フィードガス圧力：１．７６ａｔａ（吸着圧力：
１．７６ａｔａ、脱着工程の最終圧力：０．１３ａｔ
ａ）、フィードガス温度：４０℃、１工程の時間：１８
０ｓｅｃ（４工程で７２０ｓｅｃ）として、前記吸着工
程、パージ工程、脱着工程および昇圧工程を順次繰り返
す圧力変動吸着分離法によって、水素（Ｈ2 ）と一酸化
炭素（ＣＯ）の混合ガス（Ｈ2 ：３０ｖｏｌ％、ＣＯ：
７０ｖｏｌ％）からＣＯを分離したところ、フィードガ
ス量：２０．８５Ｎｍ3 ／ｈｒに対して１４．１２Ｎｍ
3 ／ｈｒで製品ＣＯ（純度９９．９％）が得られた。こ
のとき、純度９９．９％のＣＯを得るために必要なパー
ジガス量（製品ガスの一部をリサイクルする）は１３．
３４Ｎｍ3 ／ｈｒであった。
【００１７】図４は、本実施例における吸着塔一塔当た
りの上下イナート物充填層における熱交換効果を示す説
明図である。図において、脱着工程では、脱着開始時の
温度が１０℃、その後、ガスの脱着により徐々に温度降
下し、１８０ｓｅｃの脱着工程終了時には−１０℃とな
って吸着剤層から脱着する脱着ガスが、下部イナート物
充填層を経て系外に抜き出される。このとき脱着ガスは
下部イナート物充填層を熱交換によって冷却し、自身
は、脱着工程開始時には２０℃、１８０ｓｅｃの脱着工
程終了時には１１℃の脱着ガスとして下部イナート物充
填層から流出する。
りの上下イナート物充填層における熱交換効果を示す説
明図である。図において、脱着工程では、脱着開始時の
温度が１０℃、その後、ガスの脱着により徐々に温度降
下し、１８０ｓｅｃの脱着工程終了時には−１０℃とな
って吸着剤層から脱着する脱着ガスが、下部イナート物
充填層を経て系外に抜き出される。このとき脱着ガスは
下部イナート物充填層を熱交換によって冷却し、自身
は、脱着工程開始時には２０℃、１８０ｓｅｃの脱着工
程終了時には１１℃の脱着ガスとして下部イナート物充
填層から流出する。
【００１８】次に、吸着工程においては、４０℃のフィ
ードガスが下部イナート物充填層を介して吸着剤層に導
入されるが、このときフィードガスは下部イナート物充
填層において熱交換によって冷却され、吸着工程開始時
には２１℃、その後、徐々に温度上昇して１８０ｓｅｃ
の吸着工程終了時には２６℃のフィードガスとして吸着
剤層へ導入される。
ードガスが下部イナート物充填層を介して吸着剤層に導
入されるが、このときフィードガスは下部イナート物充
填層において熱交換によって冷却され、吸着工程開始時
には２１℃、その後、徐々に温度上昇して１８０ｓｅｃ
の吸着工程終了時には２６℃のフィードガスとして吸着
剤層へ導入される。
【００１９】また、吸着工程においては、吸着開始時に
は２６℃、その後、吸着熱の発生により徐々にガス温度
が上昇し、１８０ｓｅｃの吸着工程終了時には５１℃と
なる吸着後ガスが吸着剤層から流出する。この吸着後ガ
スは、上部イナート物充填層に流入して該上部イナート
物充填層を熱交換により加熱し、自身は、吸着工程開始
時には３２℃、その後、徐々に温度が上昇し、吸着工程
終了時には４８℃のオフガスとして上部イナート物充填
層から系外に流出する。
は２６℃、その後、吸着熱の発生により徐々にガス温度
が上昇し、１８０ｓｅｃの吸着工程終了時には５１℃と
なる吸着後ガスが吸着剤層から流出する。この吸着後ガ
スは、上部イナート物充填層に流入して該上部イナート
物充填層を熱交換により加熱し、自身は、吸着工程開始
時には３２℃、その後、徐々に温度が上昇し、吸着工程
終了時には４８℃のオフガスとして上部イナート物充填
層から系外に流出する。
【００２０】次に、昇圧工程においては、前記吸着工程
時に３２℃〜４８℃として系外に抜き出され、例えばガ
スホルダに貯留され、均一化して４０℃となった前記オ
フガスの一部が昇圧ガスとして使用される。このとき４
０℃の昇圧ガスは、上部イナート物充填層を介して昇圧
工程開始時には４１℃、１８０ｓｅｃの昇圧工程終了時
には４２℃となって吸着剤層に導入される。
時に３２℃〜４８℃として系外に抜き出され、例えばガ
スホルダに貯留され、均一化して４０℃となった前記オ
フガスの一部が昇圧ガスとして使用される。このとき４
０℃の昇圧ガスは、上部イナート物充填層を介して昇圧
工程開始時には４１℃、１８０ｓｅｃの昇圧工程終了時
には４２℃となって吸着剤層に導入される。
【００２１】なお、吸着工程において系外に流出するオ
フガス量は、昇圧ガスとして使用されるガス量の約４倍
量である。すなわち昇圧ガスとして使用されるのは前記
オフガスの約１／４程度に過ぎないことになる。本実施
例によれば、吸着塔１の吸着剤充填層２の上下にイナー
ト物の充填層５を設けたことにより、熱交換効果と吸着
塔内デッドスペースの減少効果が得られる。すなわち、
熱交換効果としては、下部イナート物充填層でのフィー
ドガス冷却効果が得られて吸着剤の最適吸着温度による
ＣＯの吸着効率が向上する。一方、上部イナート物充填
層での昇圧ガス加熱効果により、昇圧効果が向上する。
また、吸着塔内のデッドスペース減少効果としては、パ
ージ工程における所要ガス量が減少し、ＰＳＡ性能の高
効率化が図れる。従って、同一設備でありながら、従来
技術よりもガス分離性能が向上する。
フガス量は、昇圧ガスとして使用されるガス量の約４倍
量である。すなわち昇圧ガスとして使用されるのは前記
オフガスの約１／４程度に過ぎないことになる。本実施
例によれば、吸着塔１の吸着剤充填層２の上下にイナー
ト物の充填層５を設けたことにより、熱交換効果と吸着
塔内デッドスペースの減少効果が得られる。すなわち、
熱交換効果としては、下部イナート物充填層でのフィー
ドガス冷却効果が得られて吸着剤の最適吸着温度による
ＣＯの吸着効率が向上する。一方、上部イナート物充填
層での昇圧ガス加熱効果により、昇圧効果が向上する。
また、吸着塔内のデッドスペース減少効果としては、パ
ージ工程における所要ガス量が減少し、ＰＳＡ性能の高
効率化が図れる。従って、同一設備でありながら、従来
技術よりもガス分離性能が向上する。
【００２２】比較例１ 吸着剤充填層の両端に充填物を充填しない以外は、上記
実施例１と同様にして同様のＰＳＡ操作を行ったとこ
ろ、フィードガス量：１９．６０Ｎｍ3 ／ｈｒに対して
１３．２６Ｎｍ3 ／ｈｒで製品ＣＯ（純度９９．９％）
が得られた。そのとき、純度９９．９％のＣＯを得るた
めに必要なパージガス量（製品ガスの一部をリサイクル
する）は１３．６７Ｎｍ3 ／ｈｒであった。
実施例１と同様にして同様のＰＳＡ操作を行ったとこ
ろ、フィードガス量：１９．６０Ｎｍ3 ／ｈｒに対して
１３．２６Ｎｍ3 ／ｈｒで製品ＣＯ（純度９９．９％）
が得られた。そのとき、純度９９．９％のＣＯを得るた
めに必要なパージガス量（製品ガスの一部をリサイクル
する）は１３．６７Ｎｍ3 ／ｈｒであった。
【００２３】表１は、実施例１および比較例１における
吸着塔１塔当たりの空間容積を比較して示したものであ
る。
吸着塔１塔当たりの空間容積を比較して示したものであ
る。
【００２４】
【表１】 表１において、実施例１における吸着塔内の空間容積は
比較例１に比べて１塔当たり４リットル減少しているこ
とが分かる。
比較例１に比べて１塔当たり４リットル減少しているこ
とが分かる。
【００２５】次に、実施例１および比較例１の結果を表
２に示す。
２に示す。
【００２６】
【表２】 表２において、実施例１は比較例１に比べてフィードガ
ス量および製品ＣＯ量をそれぞれ６．４％増加できたこ
とが分かる。また、純度９９．９％のＣＯを得るために
必要なパージガス量を２．５％減少できたことが分か
る。
ス量および製品ＣＯ量をそれぞれ６．４％増加できたこ
とが分かる。また、純度９９．９％のＣＯを得るために
必要なパージガス量を２．５％減少できたことが分か
る。
【００２７】
【発明の効果】本願の請求項１記載の発明によれば、吸
着塔内に設けられた吸着剤充填層の両端の空間部に不活
性の充填物を充填したことにより、熱交換効果による熱
効果が向上し、しかも吸着塔内デッドスペース減少効果
によりパージガス量が減少するので、特別の設備を要す
ることなく圧力変動吸着分離（ＰＳＡ）性能が向上す
る。
着塔内に設けられた吸着剤充填層の両端の空間部に不活
性の充填物を充填したことにより、熱交換効果による熱
効果が向上し、しかも吸着塔内デッドスペース減少効果
によりパージガス量が減少するので、特別の設備を要す
ることなく圧力変動吸着分離（ＰＳＡ）性能が向上す
る。
【００２８】本願の請求項２記載の発明によれば、前記
不活性の充填物を、難ガス吸着性充填物としたことによ
り、上記発明の効果に加え、目的成分の回収量がより向
上する。本願の請求項３記載の発明によれば、前記不活
性の充填物を、球状または円柱状の、磁製または金属製
の充填物としたことにより、不活性充填物層における熱
保有効果が向上するので、上記発明の効果に加え、熱効
果がより向上する。
不活性の充填物を、難ガス吸着性充填物としたことによ
り、上記発明の効果に加え、目的成分の回収量がより向
上する。本願の請求項３記載の発明によれば、前記不活
性の充填物を、球状または円柱状の、磁製または金属製
の充填物としたことにより、不活性充填物層における熱
保有効果が向上するので、上記発明の効果に加え、熱効
果がより向上する。
【００２９】本願の請求項４記載の発明によれば、圧力
変動吸着分離装置における吸着塔を、吸着剤充填層の両
端の空間部に不活性充填物を充填した吸着塔としたこと
により、熱交換効果と吸着塔内デッドスペース減少効果
により、圧力変動吸着分離（ＰＳＡ）性能が向上する。
本願の請求項５記載の発明によれば、吸着塔として吸着
剤充填層の両端の空間部に不活性充填物を充填した吸着
塔を用い、吸着剤充填層から排出される脱着ガスにより
冷却された不活性充填物によって吸着工程におけるフィ
ードガスを冷却するとともに、吸着剤充填層から流出す
る吸着後ガスにより加熱された不活性の充填物によって
昇圧工程における昇圧ガスを加熱するようにしたことに
より、圧力変動吸着分離法における熱効果が著しく向上
し、吸着塔内のデッドスペース減少効果と相まって、圧
力変動吸着分離（ＰＳＡ）性能が向上する。
変動吸着分離装置における吸着塔を、吸着剤充填層の両
端の空間部に不活性充填物を充填した吸着塔としたこと
により、熱交換効果と吸着塔内デッドスペース減少効果
により、圧力変動吸着分離（ＰＳＡ）性能が向上する。
本願の請求項５記載の発明によれば、吸着塔として吸着
剤充填層の両端の空間部に不活性充填物を充填した吸着
塔を用い、吸着剤充填層から排出される脱着ガスにより
冷却された不活性充填物によって吸着工程におけるフィ
ードガスを冷却するとともに、吸着剤充填層から流出す
る吸着後ガスにより加熱された不活性の充填物によって
昇圧工程における昇圧ガスを加熱するようにしたことに
より、圧力変動吸着分離法における熱効果が著しく向上
し、吸着塔内のデッドスペース減少効果と相まって、圧
力変動吸着分離（ＰＳＡ）性能が向上する。
【図１】本発明の一実施例を示す竪型の圧力変動用吸着
塔を示す図。
塔を示す図。
【図２】吸着剤に対するフィードガス温度と有効吸着量
との関係を示す図。
との関係を示す図。
【図３】特定の吸着剤における、特定成分を含んだフィ
ードガスのフィードガス温度と有効吸着量との関係を示
す図。
ードガスのフィードガス温度と有効吸着量との関係を示
す図。
【図４】実施例における熱交換効果を示す説明図。
【符号の説明】 １…吸着塔、２…吸着剤層、３…メッシュ、４…グリッ
ド＋メッシュ、５…イナート物充填層、６…ガス配管。
ド＋メッシュ、５…イナート物充填層、６…ガス配管。
Claims (5)
- 【請求項１】 吸着剤充填層を設けた吸着塔を用い、吸
着工程、ブローダウン工程、均圧工程、パージ工程、脱
着工程および昇圧工程を適宜組み合わせて混合ガス中の
目的成分を分離回収する吸着分離装置の圧力変動用吸着
塔において、前記吸着塔内に設けられた吸着剤充填層の
両端の空間部に不活性の充填物を充填したことを特徴と
する圧力変動用吸着塔。 - 【請求項２】 前記不活性の充填物が、難ガス吸着性充
填物であることを特徴とする請求項１記載の圧力変動用
吸着塔。 - 【請求項３】 前記不活性の充填物が、球状または円柱
状の、磁製または金属製の充填物であることを特徴とす
る請求項１または２記載の圧力変動用吸着塔。 - 【請求項４】 同一容量の吸着剤を充填した吸着塔を複
数組み合わせ、吸着工程、ブローダウン工程、均圧工
程、パージ工程、脱着工程および昇圧工程を適宜組み合
わせて混合ガス中の目的成分を分離回収する圧力変動吸
着分離装置において、前記吸着塔が、請求項１〜３の何
れか記載の吸着塔であることを特徴とする圧力変動吸着
分離装置。 - 【請求項５】 同一容量の吸着剤を充填した複数の吸着
塔を用いて吸着工程、ブローダウン工程、均圧工程、パ
ージ工程、脱着工程および昇圧工程を適宜組み合わせ、
混合ガス中の目的成分を分離回収する圧力変動吸着分離
方法において、前記吸着塔として請求項１〜３の何れか
記載の吸着塔を用い、前記脱着工程において吸着剤充填
層から排出される脱着ガスにより冷却された不活性の充
填物によって吸着工程におけるフィードガスを冷却する
とともに、吸着工程において吸着剤充填層から流出する
吸着後ガスにより加熱された不活性の充填物によって昇
圧工程における昇圧ガスを加熱することを特徴とする圧
力変動吸着分離方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9068418A JPH10263352A (ja) | 1997-03-21 | 1997-03-21 | 圧力変動用吸着塔および吸着分離装置ならびに圧力変動吸着分離方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9068418A JPH10263352A (ja) | 1997-03-21 | 1997-03-21 | 圧力変動用吸着塔および吸着分離装置ならびに圧力変動吸着分離方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10263352A true JPH10263352A (ja) | 1998-10-06 |
Family
ID=13373128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9068418A Pending JPH10263352A (ja) | 1997-03-21 | 1997-03-21 | 圧力変動用吸着塔および吸着分離装置ならびに圧力変動吸着分離方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10263352A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013191097A1 (ja) * | 2012-06-19 | 2013-12-27 | 東京瓦斯株式会社 | ガス分離装置およびガス分離方法 |
| JP2017202961A (ja) * | 2016-05-12 | 2017-11-16 | 株式会社神戸製鋼所 | 水素ガス製造方法 |
| WO2022270439A1 (ja) * | 2021-06-24 | 2022-12-29 | Ｊｆｅスチール株式会社 | ガス分離設備およびガス分離方法 |
-
1997
- 1997-03-21 JP JP9068418A patent/JPH10263352A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013191097A1 (ja) * | 2012-06-19 | 2013-12-27 | 東京瓦斯株式会社 | ガス分離装置およびガス分離方法 |
| JP2014000531A (ja) * | 2012-06-19 | 2014-01-09 | Tokyo Gas Co Ltd | ガス分離装置およびガス分離方法 |
| US9216374B2 (en) | 2012-06-19 | 2015-12-22 | Tokyo Gas Co., Ltd. | Gas separation device and gas separation method |
| JP2017202961A (ja) * | 2016-05-12 | 2017-11-16 | 株式会社神戸製鋼所 | 水素ガス製造方法 |
| WO2022270439A1 (ja) * | 2021-06-24 | 2022-12-29 | Ｊｆｅスチール株式会社 | ガス分離設備およびガス分離方法 |
| JP7207626B1 (ja) * | 2021-06-24 | 2023-01-18 | Ｊｆｅスチール株式会社 | ガス分離設備およびガス分離方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20021121 |